【点滴之四】波尔理论

1913年年轻的波尔提出了著名的“波尔理论”，要点如下
1）氢原子中的电子在原子核的库仑力作用下，绕原子核做圆周运动。尽管电子绕核转动有加速度，但不向外辐射能量；
2）这些稳定的轨道满足量子化条件：L=nh/(2π)
3)当电子从高能级跃迁到底能级是发出光子，这个过程满足能量守恒，即
Em-En=hν
根据这三条假设，成功地解析了氢光谱。

文章发表后，有人做了计算。利用波尔理论可以计算出巴尔末谱线系的几条光谱线的频率，正好与二十多年前巴尔末根据实验总结出来的结果一致。由于得到实验的支持，波尔理论总算初步站住脚跟。
但是这篇论文也引起人们的一些质疑：
质疑之一：巴尔末的实验结果发表在前，波尔理论提出在后，波尔提出的理论是否在凑数据？或者说：是否有凑数据的嫌疑？
质疑之二：波尔理论与经典物理矛盾。
1）根据经典电磁理论，一个带电粒子做加速运动必然要向外辐射电磁波。按波尔理论，电子绕原子核转动，这是一个加速运动，为什么不向外辐射电磁波？
2）波尔理论认为电子运动服从牛顿定律。角动量定理是牛顿定律的重要推论。所谓角动量定理就是：力矩等于角动量L对时间的导数。角动量既然要对时间求导数，必要条件是L必须连续。你假定角动量量子化，就是认为角动量不连续。
也就是说：你波尔口头上说电子运动服从牛顿定律，实质上又反对牛顿力学，从逻辑上就行不通。

为了判别波尔理论是否真的与实验符合，有人从新测量了氢光谱。结果发现：新实验数据与波尔理论存在系统性偏差。这个系统性偏差说明：波尔理论从根上出问题。
怎么办？

人参的基本粒子论，解释发射光子。
原子的外围电子能级，应有基级，与发射能级之分。
基级的轨道匀速不变，其半径不变，其轨道电子获得正负电荷子增加了质量电量(显负电性)，小于轨速度，其半径变小，在电磁力的作用一下作向心加速运动，这时电磁力的作用一下这要发射一光子——正负电荷子，来维持原子平衡。
基级的轨道匀速不变，其半径不变，其轨道电子获得正负电荷子增加了质量电量(显正电性)，在电磁力的作用一下作离心加速运，大于轨速度，其半径变大，这时电磁力的作用一下这要发射一光子——正负电荷，来维持原子平衡。
超岀基级，作加速运动，就要发一光子——正负电荷，来维持原子平衡。

人参的基本粒子论，解释发射光子。
原子的外围电子能级，应有基级，与发射能级之分。
基级的轨道匀速不变，其半径不变，其轨道电子获得正负电荷子增加了质量电量(显负电性)，小于轨速度，其半径变小，在电磁力的作用一下作向心加速运动，这时电磁力的作用一下这要发射一光子——正负电荷子，来维持原子平衡。
基级的轨道匀速不变，其半径不变，其轨道电子获得正负电荷子增加了质量电量(显正电性)，在电磁力的作用一下作离心加速运，大于轨速度，其半径变大，这时电磁力的作用一下这要发射一光子——正负电荷子，来维持原子平衡。
超岀基级，作加速运动，就要发一光子——正负电荷子，来维持原子平衡。

面对别人的质疑，波尔认真检查了自己的论文，发现自己真的错了。于是重新做了计算。在新的文章里，波尔公开承认自己原来计算有误！并公布了重新计算的结果。
原来的文章波尔错在什么地方？他研究的氢原子，按牛顿力学这是一个两体问题，电子在运动，原子核也在运动，它们饶着共同的质心转动，或者等效地认为：质心运动加上一个（假想的）折合质量的粒子绕质心的转动。说白了就是把电子的质量给为电子与质子的折合质量。
改动后理论结果与当时最新实验结果惊人地一致。由于与实验事实符合，已经有人开始相信波尔理论了。
物理学就是这样一门学科：实验事实是判别物理规律的唯一标准。

随着实验技术的提高，有人从太阳的氢光谱中发现：每一条氢光谱线的旁边都有一条暗线，把这些暗线的频率测量出来对照波尔理论，这相当于氢的同位素氘原子的光谱线。氢的同位素氘就是这样发现的。应该说发现氘原子，波尔理论功不可没。
尽管波尔理论逻辑上一塌糊涂，但是它能解析实验，能预言实验（发现氘原子），所谓“一俊遮百丑”。波尔理论逐渐站稳了脚跟。

所谓实验事实必须经得起别人的重复检验，包括相同学派的重复，特别是不同学派的重复，没有例外。凡是经不起重复的都列为不可信的实验。 例如1980年前后米国有一个实验小组宣布“发现了磁单极子”，他们公布了相关实验数据，由于没有人能重复这个实验，因此物理学界直到如今都认为“不存在磁单极”

玻尔轨道量子化对多电子也适用
我们知道人造卫星都是绕地球旋转的,但是当有多个卫星时我们几乎不会考虑卫星间的相互作用.假设电子是经典粒子.当原子内有二个电子时,他们能不能同时绕原子核旋转呢.

我们知道电子绕原子核旋转是平面运动,而物体做平面运动的条件是受力方向和运动方向在同一平面上.在原子内,电子和质子的作用力大小相同,因而电子之间的相互不能忽略.因为质子和另一个电子对这个电子的合力不在这电子的绕核旋转平面上。所以当原子内有多个电子时电子是不能同时绕原子核旋转的.

所以由于电子间的排斥力,电子可能会在原子核的旁边旋转.这时原子核对电子的吸引力为F，但他对旋转轨道的贡献却只有f。适当的半径可以让他旋转的角动量满足玻尔轨道量子化条件.也就是说当原子内有多个电子时，电子不是在绕原子核旋转而是在原子核的旁边旋转，而旋转的角动量则满足玻尔轨道量子化条件。
(运动轨迹是马鞍形。由于原子核的吸引力h不能太大，由于电子的排斥力h不能太小。所以存在一特定的值H，使得电子的能量最小）


分子